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Spring---------ThreadLocal（线程变量副本）
在學(xué)Bean的時(shí)候，我們都知道Bean有單例的還有多例的。那么我就有一個(gè)問(wèn)題，單例的線程安全問(wèn)題是怎樣解決的呢？
在查找資料的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)Spring是通過(guò)ThreadLocal（線程變量副本來(lái)實(shí)現(xiàn)的）
參考：https://blog.csdn.net/olikeit/article/details/80855823
https://www.jianshu.com/p/98b68c97df9b
Synchronized實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享，ThreadLocal為每個(gè)線程維護(hù)一個(gè)本地變量。
1. 采用空間換時(shí)間，它用于線程間的數(shù)據(jù)隔離，為每一個(gè)使用該變量的線程提供一個(gè)副本，每個(gè)線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本，而不會(huì)和其他線程的副本沖突。
2. ThreadLocal類中維護(hù)一個(gè)Map，用于存儲(chǔ)每一個(gè)線程的變量副本，Map中元素的鍵為線程對(duì)象，而值為對(duì)應(yīng)線程的變量副本。
3. 主要用于將私有線程和該線程存放的副本對(duì)象做一個(gè)映射，各個(gè)線程之間的變量互不干擾，在高并發(fā)場(chǎng)景下，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)狀態(tài)的調(diào)用，特別適用于各個(gè)線程依賴不通的變量值完成操作的場(chǎng)景。
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從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，先看看ThreadLocal的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：
從上面的結(jié)構(gòu)圖，我們已經(jīng)窺見(jiàn)ThreadLocal的核心機(jī)制：
- 每個(gè)Thread線程內(nèi)部都有一個(gè)Map。
- Map里面存儲(chǔ)線程本地對(duì)象（key）和線程的變量副本（value）
- 但是，Thread內(nèi)部的Map是由ThreadLocal維護(hù)的，由ThreadLocal負(fù)責(zé)向map獲取和設(shè)置線程的變量值。
所以對(duì)于不同的線程，每次獲取副本值時(shí)，別的線程并不能獲取到當(dāng)前線程的副本值，形成了副本的隔離，互不干擾。
Thread線程內(nèi)部的Map在類中描述如下： 1 public class Thread implements Runnable { 2 /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained 3 * by the ThreadLocal class. */ 4 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 5 }ThreadLocal的方法比較簡(jiǎn)單，
- get()方法用于獲取當(dāng)前線程的副本變量值。
- set()方法用于保存當(dāng)前線程的副本變量值。
- initialValue()為當(dāng)前線程初始副本變量值。
- remove()方法移除當(dāng)前前程的副本變量值。
1.get()方法
1 /** 2 * Returns the value in the current thread's copy of this 3 * thread-local variable. If the variable has no value for the 4 * current thread, it is first initialized to the value returned 5 * by an invocation of the {@link #initialValue} method. 6 * 7 * @return the current thread's value of this thread-local 8 */ 9 public T get() { 10 Thread t = Thread.currentThread(); 11 ThreadLocalMap map = getMap(t); 12 if (map != null) { 13 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); 14 if (e != null) 15 return (T)e.value; 16 } 17 return setInitialValue(); 18 } 19 20 ThreadLocalMap getMap(Thread t) { 21 return t.threadLocals; 22 } 23 24 private T setInitialValue() { 25 T value = initialValue(); 26 Thread t = Thread.currentThread(); 27 ThreadLocalMap map = getMap(t); 28 if (map != null) 29 map.set(this, value); 30 else 31 createMap(t, value); 32 return value; 33 } 34 35 protected T initialValue() { 36 return null; 37 } 步驟：1.獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對(duì)象threadLocals
2.從map中獲取線程存儲(chǔ)的K-V Entry節(jié)點(diǎn)。
3.從Entry節(jié)點(diǎn)獲取存儲(chǔ)的Value副本值返回。
4.map為空的話返回初始值null，即線程變量副本為null，在使用時(shí)需要注意判斷NullPointerException。
ThreadLocal進(jìn)行g(shù)et的時(shí)候，是從當(dāng)前線程Thread中獲取到有且唯一的ThreadLocalMap對(duì)象（Thread的ThreadLocalMap屬性如果為空，也就是說(shuō)這個(gè)線程從來(lái)都沒(méi)有用過(guò)ThreadLocal設(shè)置過(guò)值，返回null），然后把自己做為鍵去該Map里面找，找到就返回對(duì)于的value，沒(méi)有就返回null。
步驟：
1.獲取當(dāng)前線程的成員變量map
2.map非空，則重新將ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
3.map空，則對(duì)線程的成員變量ThreadLocalMap進(jìn)行初始化創(chuàng)建，并將ThreadLocal和value副本放入map中。
????ThreadLocal進(jìn)行set的時(shí)候，是在當(dāng)前線程Thread中獲取到有且唯一的ThreadLocalMap對(duì)象（如果沒(méi)有就新建一個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象設(shè)置進(jìn)Thread的屬性里），
然后把自己作為鍵，value作為值set進(jìn)這個(gè)Map里。
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3.remove()方法
1 /** 2 * Removes the current thread's value for this thread-local 3 * variable. If this thread-local variable is subsequently 4 * {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be 5 * reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method, 6 * unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread 7 * in the interim. This may result in multiple invocations of the 8 * <tt>initialValue</tt> method in the current thread. 9 * 10 * @since 1.5 11 */ 12 public void remove() { 13 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); 14 if (m != null) 15 m.remove(this); 16 } 17 18 ThreadLocalMap getMap(Thread t) { 19 return t.threadLocals; 20 }?
ThreadLocal中最重要的部分就是內(nèi)部的ThreadLocalMap，ThreadLocalMap沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Map接口，用獨(dú)立的方式實(shí)現(xiàn)了Map功能，其內(nèi)部的Entry也獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。
在ThreadLocalMap中，也是用Entry來(lái)保存K-V結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的。但是Entry中key只能是ThreadLocal對(duì)象，這點(diǎn)被Entry的構(gòu)造方法已經(jīng)限定死了。
1 static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> { 2 /** The value associated with this ThreadLocal. */ 3 Object value; 4 5 Entry(ThreadLocal k, Object v) { 6 super(k); 7 value = v; 8 } 9 }Entry繼承自WeakReference（弱引用，生命周期只能存活到下次GC前），但只有Key是弱引用類型的，Value并非弱引用。
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ThreadLocalMap的成員變量：
1 static class ThreadLocalMap { 2 /** 3 * The initial capacity -- MUST be a power of two. 4 */ 5 private static final int INITIAL_CAPACITY = 16; 6 7 /** 8 * The table, resized as necessary. 9 * table.length MUST always be a power of two. 10 */ 11 private Entry[] table; 12 13 /** 14 * The number of entries in the table. 15 */ 16 private int size = 0; 17 18 /** 19 * The next size value at which to resize. 20 */ 21 private int threshold; // Default to 0 22 }Hash沖突怎么解決
和HashMap的最大的不同在于，ThreadLocalMap結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有next引用，也就是說(shuō)ThreadLocalMap中解決Hash沖突的方式并非鏈表的方式，
而是采用線性探測(cè)的方式，所謂線性探測(cè)，就是根據(jù)初始key的hashcode值確定元素在table數(shù)組中的位置，如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)位置上已經(jīng)有其他key值的元素被占用，
則利用固定的算法尋找一定步長(zhǎng)的下個(gè)位置，依次判斷，直至找到能夠存放的位置。
ThreadLocalMap解決Hash沖突的方式就是簡(jiǎn)單的步長(zhǎng)加1或減1，尋找下一個(gè)相鄰的位置。1 /** 2 * Increment i modulo len. 3 */ 4 private static int nextIndex(int i, int len) { 5 return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0); 6 } 7 8 /** 9 * Decrement i modulo len. 10 */ 11 private static int prevIndex(int i, int len) { 12 return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1); 13 }
顯然ThreadLocalMap采用線性探測(cè)的方式解決Hash沖突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal對(duì)象放入map中時(shí)發(fā)送沖突，或者發(fā)生二次沖突，則效率很低。
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所以這里引出的良好建議是：每個(gè)線程只存一個(gè)變量，這樣的話所有的線程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一個(gè)線程要保存多個(gè)變量，
就需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)ThreadLocal，多個(gè)ThreadLocal放入Map中時(shí)會(huì)極大的增加Hash沖突的可能。
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ThreadLocalMap的問(wèn)題
由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是強(qiáng)引用。這就導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題，ThreadLocal在沒(méi)有外部對(duì)象強(qiáng)引用時(shí)，發(fā)生GC時(shí)弱引用Key會(huì)被回收，
而Value不會(huì)回收，如果創(chuàng)建ThreadLocal的線程一直持續(xù)運(yùn)行，那么這個(gè)Entry對(duì)象中的value就有可能一直得不到回收，發(fā)生內(nèi)存泄露。
如何避免泄漏
既然Key是弱引用，那么我們要做的事，就是在調(diào)用ThreadLocal的get()、set()方法時(shí)完成后再調(diào)用remove方法，將Entry節(jié)點(diǎn)和Map的引用關(guān)系移除，
這樣整個(gè)Entry對(duì)象在GC Roots分析后就變成不可達(dá)了，下次GC的時(shí)候就可以被回收。
如果使用ThreadLocal的set方法之后，沒(méi)有顯示的調(diào)用remove方法，就有可能發(fā)生內(nèi)存泄露，所以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣十分重要，使用完ThreadLocal之后，記得調(diào)用remove方法。
應(yīng)用場(chǎng)景
還記得Hibernate的session獲取場(chǎng)景嗎
1 private static final ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>(); 2 3 //獲取Session 4 public static Session getCurrentSession(){ 5 Session session = threadLocal.get(); 6 //判斷Session是否為空，如果為空，將創(chuàng)建一個(gè)session，并設(shè)置到本地線程變量中 7 try { 8 if(session ==null&&!session.isOpen()){ 9 if(sessionFactory==null){ 10 rbuildSessionFactory();// 創(chuàng)建Hibernate的SessionFactory 11 }else{ 12 session = sessionFactory.openSession(); 13 } 14 } 15 threadLocal.set(session); 16 } catch (Exception e) { 17 // TODO: handle exception 18 } 19 20 return session; 21 }每個(gè)線程訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)都應(yīng)當(dāng)是一個(gè)獨(dú)立的Session會(huì)話，如果多個(gè)線程共享同一個(gè)Session會(huì)話，有可能其他線程關(guān)閉連接了，當(dāng)前線程再執(zhí)行提交時(shí)就會(huì)出現(xiàn)會(huì)話已關(guān)閉的異常，
導(dǎo)致系統(tǒng)異常。此方式能避免線程爭(zhēng)搶Session，提高并發(fā)下的安全性。
使用ThreadLocal的典型場(chǎng)景正如上面的數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理，線程會(huì)話管理等場(chǎng)景，只適用于獨(dú)立變量副本的情況，如果變量為全局共享的，則不適用在高并發(fā)下使用。
總結(jié)
- 每個(gè)ThreadLocal只能保存一個(gè)變量副本，如果想要上線一個(gè)線程能夠保存多個(gè)副本以上，就需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)ThreadLocal。
- ThreadLocal內(nèi)部的ThreadLocalMap鍵為弱引用，會(huì)有內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
- 適用于無(wú)狀態(tài)，副本變量獨(dú)立后不影響業(yè)務(wù)邏輯的高并發(fā)場(chǎng)景。如果如果業(yè)務(wù)邏輯強(qiáng)依賴于副本變量，則不適合用ThreadLocal解決，需要另尋解決方案。
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/levontor/p/11048474.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Spring---------ThreadLocal（线程变量副本）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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